В электронике и обработке сигналов преобразование сигнала — это преобразование аналогового сигнала таким образом, чтобы он соответствовал требованиям следующего этапа дальнейшей обработки.
В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) обработка сигнала включает ограничение напряжения или тока , а также фильтрацию сглаживания .
В приложениях управления инженерией обычно имеется стадия обнаружения (состоящая из датчика ), стадия формирования сигнала (где обычно выполняется усиление сигнала) и стадия обработки (часто выполняемая АЦП и микроконтроллером ) . Операционные усилители (ОУ) обычно используются для усиления сигнала на стадии формирования сигнала. В некоторых преобразователях формирование сигнала интегрировано с датчиком, например, в датчиках Холла .
В силовой электронике перед обработкой входных сигналов, считываемых датчиками, такими как датчик напряжения и датчик тока, устройство преобразования сигнала масштабирует сигналы до уровня, приемлемого для микропроцессора.
Входные сигналы, принимаемые преобразователями сигналов, включают постоянное напряжение и ток, переменное напряжение и ток, частоту и электрический заряд . Входные сигналы датчиков могут быть акселерометром , термопарой , термистором , термометром сопротивления , тензодатчиком или мостом, а также LVDT или RVDT . Специализированные входные сигналы включают энкодер, счетчик или тахометр , таймер или часы, реле или переключатель и другие специализированные входные сигналы. Выходные сигналы для оборудования по формированию сигналов могут быть напряжением, током, частотой, таймером или счетчиком, реле, сопротивлением или потенциометром и другими специализированными выходными сигналами.
Обработка сигнала может включать усиление , фильтрацию , преобразование, согласование диапазона, изоляцию и любые другие процессы, необходимые для того, чтобы сделать выходной сигнал датчика пригодным для обработки после обработки.
Используйте связь по переменному току , когда сигнал содержит большую составляющую постоянного тока. Если вы включите связь по переменному току, вы удалите большое смещение постоянного тока для входного усилителя и усилите только составляющую переменного тока. Такая конфигурация эффективно использует динамический диапазон АЦП
Фильтрация является наиболее распространенной функцией обработки сигнала, поскольку обычно не весь спектр частот сигнала содержит действительные данные. Например, линии электропередач переменного тока частотой 50 или 60 Гц, присутствующие в большинстве сред, наводят шум на сигналы, которые могут вызывать помехи при усилении.
Усиление сигнала выполняет две важные функции: увеличивает разрешение входного сигнала и увеличивает его отношение сигнал/шум. [ требуется цитата ] Например, выходной сигнал электронного датчика температуры , который, вероятно, находится в диапазоне милливольт, вероятно, слишком мал для непосредственной обработки аналого-цифровым преобразователем (АЦП). [ требуется цитата ] В этом случае необходимо довести уровень напряжения до требуемого АЦП .
Обычно используемые усилители, применяемые для обработки сигнала, включают усилители выборки и хранения , пиковые детекторы, логарифмические усилители, антилогарифмические усилители, инструментальные усилители и программируемые усилители усиления. [1]
Ослабление, противоположное усилению, необходимо, когда напряжения, которые нужно оцифровать, выходят за пределы диапазона АЦП. Эта форма обработки сигнала уменьшает амплитуду входного сигнала, так что обработанный сигнал находится в пределах диапазона АЦП. Ослабление обычно необходимо при измерении напряжений, которые превышают 10 В.
Некоторые датчики требуют внешнего источника напряжения или тока для возбуждения. Такие датчики называются активными датчиками. (Например, датчик температуры, такой как термистор и термометр сопротивления, датчик давления (пьезорезистивный и емкостный) и т. д.). Стабильность и точность сигнала возбуждения напрямую связаны с точностью и стабильностью датчика.
Линеаризация необходима, когда датчики выдают сигналы напряжения, которые не связаны линейно с физическим измерением. Линеаризация — это процесс интерпретации сигнала от датчика, который может быть выполнен либо с помощью обработки сигнала, либо с помощью программного обеспечения.
Изоляция сигнала может использоваться для передачи сигнала от источника к измерительному устройству без физического соединения. Она часто используется для изоляции возможных источников возмущений сигнала, которые в противном случае могли бы следовать по электрическому пути от датчика к схеме обработки. В некоторых ситуациях может быть важно изолировать потенциально дорогостоящее оборудование, используемое для обработки сигнала после кондиционирования от датчика.
Можно использовать магнитную или оптическую изоляцию. Магнитная изоляция преобразует сигнал из напряжения в магнитное поле, чтобы сигнал мог передаваться без физического соединения (например, с помощью трансформатора). Оптическая изоляция работает, используя электронный сигнал для модуляции сигнала, закодированного с помощью передачи света (оптическое кодирование). Декодированная передача света затем используется для ввода на следующем этапе обработки.
Сетевой фильтр поглощает скачки напряжения, защищая следующую ступень от повреждений.